Fetale Herzvolumina – eine Evaluation mittels 3D Echokardiographie

Transcription

Aus der
Klinik für Geburtshilfe und Perinatalmedizin
Geschäftsführender Direktor Prof. Dr. med. S. Schmidt
des Fachbereichs Medizin der Philipps-Universität Marburg
in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH,
Standort Marburg
Fetale Herzvolumina – eine Evaluation mittels 3D
Echokardiographie
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Doktorgrades der gesamten Humanmedizin (Dr. med.)
dem
Fachbereich Medizin
der Philipps-Universität Marburg
vorgelegt von
Anne Lather
aus Kassel
Marburg, 2010
Angenommen vom Fachbereich Medizin der Philipps-Universität
Marburg am: 16.12.2010
Gedruckt mit Genehmigung des Fachbereichs.
Dekan: Prof. Dr. M. Rothmund
Referent: Prof. Dr. S. Schmidt
1. Korreferent: Prof. Dr. B. Noll
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
3
1.1 Allgemeines
3
1.2 Fetaler Kreislauf
5
1.3 Fetale Echokardiographie
6
1.4 3D Echokardiographie
9
10
1.6 Volumenbestimmung fetaler Herzen
10
1.7 Normwerte
12
2. Ziel dieser Arbeit
13
3. Methode
14
3.1 Studiendesign
14
3.2 Versuchsaufbau und Untersuchung
14
3.3 Bestimmung der fetalen Herzfrequenz
16
3.4 Echokardiographische Auswertung
17
4. Ergebnisse
21
4.1 Praktikabilität
21
4.2 Beschreibende Statistik
21
4.3 Referenzwerte für das Herzzeitvolumen
23
4.4 Rechtskardiale Dominanz
26
4.5 Herzfrequenzableitung
27
5. Diskussion
28
28
5.2 Möglichkeiten und Grenzen der 3D Sonographie fetaler Herzen
30
5.3 Möglichkeiten und Grenzen der Volumenbestimmung fetaler Herzen
32
mittels 3D Echokardiographie
39
40
6. Zusammenfassung
44
Inhaltsverzeichnis
7. Ausblick
47
8. Literaturverzeichnis
49
9. Anhang
55
9.1 Einverständniserklärung
55
9.2 Lebenslauf
57
9.3 Verzeichnis der akademischen Lehrer
59
9.4 Danksagung
60
9.5 Ehrenwörtliche Erklärung
61
Einleitung
3
1. Einleitung
1.1 Allgemeines
In der bildgebenden Diagnostik ist die Darstellung in Schnittbildern und in drei
Dimensionen längst zur Routine geworden. Der Ultraschalldiagnostik fehlt diese
Anwendung in der Praxis fast vollkommen. Die flexible und individuelle Handhabung
und damit die Schwierigkeit, exakt zu wiederholende Untersuchungsbedingungen
herzustellen, macht es im Gegensatz zu den feststehenden Computer- und
Kernspintomographen wesentlich komplizierter, ein standardisiertes Verfahren zu
entwickeln.
Besonders in der Detaildiagnostik, deren Aufgabe es ist, die Morphologie der Organe
möglichst genau darzustellen, ist eine dreidimensionale Darstellung wünschenswert.
Als
nicht
invasive
Schwangerschaftsvorsorge
Untersuchung
durch
werden
den
in
der
Bundesausschuss
Krankenkassen in den Mutterschaftsrichtlinien
routinemäßigen
der
Ärzte
und
drei Ultraschalluntersuchungen
empfohlen.
Seit der Einführung der Ultraschalldiagnostik 1979 als Routineuntersuchung in der
Geburtshilfe in Deutschland fand eine teils rasante Entwicklung der technischen
Möglichkeiten und damit der bildgebenden Diagnostik statt. Die hoch auflösenden
und dadurch immer präziser werdenden Geräte ermöglichten eine bessere
Darstellung der embryonalen und fetalen Strukturen. Die Untersuchungen werden als
Screening, das heißt bei allen Schwangeren unabhängig von einem Risiko,
durchgeführt.
Die erste Untersuchung wird, wie in den Mutterschaftsrichtlinien festgelegt, zwischen
der 9. und 12. Schwangerschaftswoche durchgeführt. Hierbei wird anhand der
Scheitel-Steiß-Länge der errechnete Entbindungstermin bestätigt oder korrigiert,
geprüft, ob eine Mehrlingsschwangerschaft vorliegt, die Vitalität des Embryos anhand
der Herzaktion bestimmt und nach schweren Fehlbildungen gesucht.
Bei der zweiten Untersuchung zwischen der 19. und 22. Schwangerschaftswoche
steht
die
Fetometrie,
also
die
Vermessung
zum
Ausschluss
einer
Wachstumsretardierung, und die systematische Untersuchung der Organsysteme im
Vordergrund. Bei auffälligen Befunden wird hierbei die Indikation für eine
Einleitung
4
weiterführende spezielle Ultraschalldiagnostik wie zum Beispiel der fetalen
Echokardiographie in einem spezialisierten Zentrum gestellt.
Die dritte Untersuchung zwischen der 29. und 32. Schwangerschaftswoche dient
einer erneuten Wachstumsbestimmung. Hierbei wird der biparietale Durchmesser,
der Kopf- und Abdomenumfang und die Femurlänge gemessen und daraus das Alter
und Gewicht des Feten geschätzt.
Einleitung
5
1.2 Fetaler Kreislauf
Zur Beurteilung des fetalen Herzens ist die Kenntnis über die Besonderheiten des
fetalen Kreislaufs unerlässlich. Anders als beim Herzen eines Säuglings oder älteren
Kindes existieren wichtige Kurzschlussverbindungen (Shunts), um eine Versorgung
der fetalen Organe zu gewährleisten (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: Fetaler Blutkreislauf; rot = oxygeniertes Blut aus der Plazenta, blau = CO2-reiches Blut,
violett = Mischblut
(http://www.embryology.ch/allemand/pcardio/umstellung01.html#fetalerkreislauf;
Stand 07.07.2010).
Sauerstoff- und nährstoffreiches Blut gelangt von der Plazenta über die Nabelvene in
den fetalen Kreislauf. Nur eine kleine Menge durchfließt die Leber, während der
Großteil über die Verbindung des Ductus venosus direkt der Vena cava inferior und
somit dem rechten Vorhof zugeführt wird.
Da die Plazenta die Aufgabe der Oxygenierung des Blutes übernimmt und die fetale
Lunge entsprechend flüssigkeitsgefüllt ist, herrscht in den Lungengefäßen ein sehr
Einleitung
6
hoher Widerstand. Um den Lungenkreislauf zu umgehen, durchfließt das oxygenierte
Blut eine zweite Kurzschlussverbindung das Foramen ovale zwischen dem rechten
und linken Vorhof. Von dort wir das Blut dann entsprechend dem postnatalen
Kreislauf über die Mitralklappe in den linken Ventrikel und von dort in den
Körperkreislauf ausgeworfen. So wird der linke Ventrikel auf die Aufgabe der
Versorgung des Körperkreislaufs vorbereitet und die Muskulatur trainiert. Eine
Teilmenge des oxygenierten Blutes aus dem rechten Vorhof fließt jedoch auch über
die Tricuspidalklappe in den rechten Ventrikel. Das ausgeworfene Blut wird dann
aber an der Lunge vorbei am Truncus pulmonalis über den Ductus arteriosus direkt
der Aorta zugeführt. Dies ist die dritte wichtige Kurzschlussverbindung des fetalen
Kreislaufs. Demnach liegt in utero ein paralleler Blutfluss vor.
1.3 Fetale Echokardiographie
Werden im Rahmen der routinemäßigen Ultraschalluntersuchungen Auffälligkeiten
gesehen, erfolgt die Überweisung in ein Zentrum für Pränataldiagnostik, um zum
Beispiel eine Amnionzentese zum Ausschluss chromosomaler Aberrationen,
Detailultraschall durch einen weitergebildeten Experten oder auch eine fetale
Echokardiographie durchzuführen.
Diese ist frühestens ab der 13. Schwangerschaftswoche möglich. Davor ist die
wichtige Beurteilung lediglich ob eine Herzaktion vorliegt oder nicht.
Ziel der Untersuchung ist der Ausschluss von Herzfehlbildungen und dieses ist am
besten ab der ca. 20. Schwangerschaftswoche möglich.
Eine möglichst exakte Darstellung der Anatomie des fetalen Herzens kann die
Beurteilung der komplexen Morphologie erleichtern. Im Unterschied zum adulten
Herzen muss beim Ungeborenen auf andere Strukturen eingegangen werden. In den
Ventrikel hineinragende Strukturen wie die Papillarmuskeln und das im rechten
Ventrikel
des
Kindes
physiologischerweise
befindliche
Moderatorband
als
Muskelstrang können dargestellt werden.
Etwa 0,8% der Lebendgeborenen weisen einen Herzfehler auf. Häufige und für die
weitere Planung der Entbindung relevante Herzfehler sind der Ventrikelseptumdefekt,
der
Atriumseptumdefekt,
der
Atrioventrikularkanal,
die
Fallot-Tetralogie,
die
Einleitung
7
Transposition der großen Arterien, Klappenfehler, das hypoplastische Linksherz und
die Ebstein-Anomalie (= Verlagerung des lateralen Tricuspidalsegels in den rechten
Ventrikel).
Allerdings lassen sich nur ca. 50% der Fehlbildungen im Vierkammerblick
diagnostizieren,
wie
er
üblicherweise
in
der
Vorsorge
nach
den
Mutterschaftsrichtlinien durchgeführt wird.
Abbildung 2: Vierkammerblick in der fetalen Echokardiographie; RV = rechter Ventrikel, RA = rechter
Vorhof, LV = linker Ventrikel, LA = linker Vorhof (aus P. Jeanty, Fetal Echocardiography I).
Es bedarf demnach verschiedener Techniken und Einstellungen, um eine komplette
Beurteilung zu erlangen.
Die B-Bild-Methode liefert eine zweidimensionale Darstellung der Herzstrukturen
(siehe Abbildung 2). Die reflektierten Schallwellen werden als Punkte auf dem
Bildschirm dargestellt und es ergibt sich ein zweidimensionales Bild.
Der M-Mode (siehe Abbildung 3) hingegen ist eine eindimensionale Darstellung, bei
der schnelle Bewegungsabläufe wie z.B. Klappenbewegungen in Bezug auf die Zeit
dargestellt werden.
Einleitung
8
Abbildung 3: Der M-Mode wird durch durch die Ventrikelebene des 2D Bildes gelegt (Linie im oberen
Teil der Abbildung) und eindimensional als Schichten dargestellt (unterer Teil) (aus P. Jeanty, Fetal
Echocardiography I).
Mittels der Dopplertechnik erhält der Untersucher Informationen über die Richtung
und Geschwindigkeit des Blutflusses. Dabei sendet der Schallkopf Ultraschallwellen
von konstanter Frequenz aus. Trifft das Schallwellenbündel auf eine sich bewegende
Fläche - in diesem Fall auf ein Blutkörperchen - wird ein Teil der Wellen mit
veränderter Frequenz (Doppler-Effekt) reflektiert.
Die Farb-Doppler-Technik bietet eine Kombination aus B-Bild-Methode, DopplerVerfahren und Farbkodierung. Sie ermöglicht die gleichzeitige Untersuchung von
Herzstrukturen und Blutstrom. Durch die Farbkodierung wird die Richtung des
Blutstroms
in
Bezug
auf
den
Schallkopf
sichtbar
gemacht.
In der Regel wird der Fluss zum Schallkopf hin in roter und vom Schallkopf weg in
blauer
Farbe
kodiert.
Dieses
Verfahren
ist
für
die
Beurteilung
der
Herzklappenfunktion sowie von Fehlbildungen wichtig.
Die Echokardiographie im Allgemeinen ist bereits stark abhängig von menschlichen
und apparativen Kompetenzen, sowie dem Körperbau und der Lagerungsmöglichkeit
Einleitung
9
des Patienten. Echte Standardebenen, welche während des Untersuchungsablaufes
routinemäßig abgearbeitet werden könnten, gibt es kaum.
Die fetale Echokardiographie im Speziellen wird gerade durch die mangelnde
Möglichkeit der Lagerung des Feten erschwert.
Um eine dreidimensionale Ultraschalluntersuchung durchführen zu können, stehen
zwei Methoden zur Auswahl.
Die realtime Aufnahme, bei der man direkt auf dem Monitor des Ultraschallgerätes
ein dreidimensionales Bild erhält. Diese Technik steht im klinischen Alltag
zunehmend zu Verfügung und hat ihre Vorteile in dem sogenannten „BabyFernsehen“, welches von werdenden Eltern zunehmend gewünscht wird. Im Rahmen
von wissenschaftlichen Messungen kommt der Methode jedoch bisher eine
untergeordnete Rolle zu.
Die andere und auch für diese Studie verwendete Methode ist die der Rekonstruktion
eines 3D-Datensatzes aus dem herkömmlichen zweidimensionalen Ultraschall.
Viele dünne Schnittebenen des 2D Bildes werden durch eine spezielle Software in
einer externen Workstation zu einer gemeinsamen dreidimensionalen Sichtweise
zusammengeführt.
Die dritte Dimension wird durch das Positionssensorsystem ergänzt. Hierbei wird auf
dem herkömmlichen Ultraschallkopf ein Positionssensor angebracht. Neben dem zu
untersuchenden Objekt wird ein elektromagnetisches Ortungsmodul positioniert,
welches in der Lage ist, aus der Information der Position des Schallkopfes eine
Information an die Software weiter zu geben, aus welcher ein 3D Datensatz
berechnet werden kann.
In diesem Datensatz können anschließend zum Beispiel herzzyklussynchron
endsystolische bzw. enddiastolische Volumina bestimmt werden.
Die Abstimmung auf die Herzzyklusphasen des Feten wird als Gating bezeichnet.
Die Methode wurde 2001 erstmals von M. Meyer-Wittkopf beschrieben und etabliert.
Einleitung
10
Um Artefakte und Unschärfen zu vermeiden muss bei der Methode die fetale
Herzfrequenz in die Software eingegeben werden. Auf Veränderungen der
Herzfrequenz während der Datenaufnahme wird hierbei nicht eingegangen.
„In
Ermangelung
einer
verlässlichen
Herzfrequenz-Steuerung
der
Schnittbildakquisition, wurden die Bilddatensätze in den initialen Publikationen
zumeist während einer fetalen Ruhephase mit der schnellst möglichen (d.h.
kürzesten) Aufnahmezeit (…) aufgenommen.“ (Meyer-Wittkopf, 2001).
Die vierte Dimension besteht im Falle der 4D Echokardiographie aus dem Zeitfaktor,
dem zeitlichen Ablauf der Bewegung des Herzens während eines Herzzyklus.
Es wird so zum Beispiel anhand der Position der atrioventrikulären Klappen der
Herzzyklus parallel zur Untersuchung abgeleitet und damit das Herz in 3D in Echtzeit
auf dem Bildschirm des Ultraschallgerätes sichtbar gemacht. Hierzu benötig man
eine
große
Speicherkapazität
digitaler
Daten
und
eine
beschleunigte
Rechnerkapazität. Die Menge der zu verarbeitenden digitalen Daten kann zu
Unschärfen in der Detaildarstellung führen.
Diese Methode gewährleistet jedoch ein Gating der gewonnen Daten. Die fetale
Herzfrequenz wird parallel zur 3D Untersuchung in die Software eingespeist und das
Bild online erzeugt.
1.6 Volumenbestimmung fetaler Herzen
Diese Arbeit beschäftigt sich im Speziellen mit der dreidimensionalen Darstellung des
fetalen Herzens sowie dessen Volumetrie als eine Möglichkeit der nicht invasiven
Diagnostik des ungeborenen Kindes.
Bisher zum Vergleich herangezogene Werte wurden zumeist invasiv und anhand von
Schaffeten ermittelt. So wurde in der Arbeit von Rudolph und Heymann 1967 der
Kreislauf von 12 Schaffeten zwischen der 12. und 19. Schwangerschaftswoche
mittels der Verteilung und Messung von intravasal injizierten Chromosphären
Einleitung
11
untersucht. Es wurde ein Herzzeitvolumen von 280 bis 1080 ml/min/kg Gewicht
ermittelt.
Nicht invasiv sondern sonographische Ansätze gab es 1987 von Maryse, De Smedt
et
al..
Hierbei
wurden
28
menschliche
Feten
zwischen
15
und
20
Schwangerschaftswochen untersucht und bis zur 40. Schwangerschaftswoche
kontrolliert. Das durchschnittliche Herzzeitvolumen wird mit 553 (+/- 153) ml/min/kg
Gewicht als konstant beschrieben.
2001
benutzten
Mielke
und
Benda
komplexe
Formeln
und
verschiedene
sonographisch ermittelte Daten wie zum Beispiel das Zeit-Fluss-Integral, um fetale
Herzzeitvolumina zu berechnen.
Es wurden durchschnittliche Volumina von 425 ml/min/kg beschrieben. Es fand sich
eine mit 54% rechtskardiale Dominanz. Ebenso wurde ein exponentieller Anstieg des
Herzzeitvolumens mit dem Fortschreiten des Gestationsalters beschrieben.
Nach der von M. Meyer-Wittkopf entwickelten Methode werden die enddiastolischen
wie auch endsystolischen fetalen Herzvolumina durch Planimetrie, also Vermessung
der blutgefüllten Räume des Herzens, ermittelt und daraus die Herzzeitvolumina
berechnet.
Die quantitative Analyse erfolgt durch manuelle Konturierung der Grenzlinie zwischen
Endokard und Blut in verschiedenen Schnittebenen durch die Ventrikel. Dies
geschieht unter Ausschluß von in den Ventrikel ragenden Strukturen wie dem zuvor
beschriebenen Moderatorband.
Im zur Verfügung stehenden Software Programm werden aus den jeweils ermittelten
Planimetriewerten Volumina berechnet.
Anhand der gemessenen Herzvolumina ist es möglich, hämodynamische Aussagen
über das fetale Herz sowie die Relevanz von Fehlbildungen auf die Hämodynamik
treffen zu können wie zum Beispiel bei Obstruktionen der Ausflusstrakte.
Bei allen Schwierigkeiten der Volumenmessung mittels Untraschalldiagnostik ist die
Sonographie doch das diagnostische Mittel der Wahl, da jegliche Untersuchung
während der Schwangerschaft so wenig invasiv wie nur möglich sein muss.
Einleitung
12
1.7 Normwerte
Um erhobene Daten über die Entwicklung von Kindern und Feten im Mutterleib
beurteilen und einordnen zu können, benötigt man Vergleichswerte.
Normwerte werden in der Pädiatrie erfolgreich anhand von Percentilen angegeben.
Dabei kann der Untersucher einen ermittelten Wert wie z.B. das Gewicht eines
Kindes in direkten Vergleich mit den Kindern in derselben Altersgruppe bringen.
Abbildung 4: Percentilenbeispiel für das Gewicht von Jungen zwischen 0 und 2 Jahren (WHO, 2006).
Ziel dieser Arbeit
13
2. Ziel dieser Arbeit
Ziel dieser Arbeit ist es, schwangerschaftsspezifische Normwerte für fetale
Herzvolumina
wie
das
Minutenvolumen
und
das
gewichtsspezifische
Minutenvolumen mittels 3D Echokardiographie zu erstellen.
Dabei steht die nicht invasive Datengewinnung über den intrauterien Feten im
Vordergrund.
Darüber hinaus ist es das Ziel, die im Weiteren beschriebene etablierte Methode an
einem
ausreichend
großen
Normalkollektiv
zu
testen,
sowie
praktische
Anwendungsfehler und Probleme der Methode im klinischen Alltag zu untersuchen.
Ein
weiteres
Ziel
besteht
in
der
Austestung
der
Praktikabilität
der
Herzfrequenzableitung mittels Ultraschall oder Kardiotokogramm sowie der Vor- und
Nachteile der Methoden.
Anhand der Einstellung der gemessenen Herzfrequenzen in der Software sollte ein
besseres Gating und somit weniger Artefakte bei der Umwandlung der 2D in 3D
Datensätze erreicht werden.
Methode
14
3. Methode
3.1 Studiendesign
Die Einschlusskriterien für die Aufnahme in diese Studie waren eine intakte
Einlingsschwangerschaft zwischen der 20. Schwangerschaftswoche und dem
Entbindungstermin.
Entsprechende
sonographische
Ausschlusskriterien
Darstellbarkeit
bildeten
durch
einerseits
eine
Oligohydramnion,
unzureichende
Polyhydramnion,
dorsoanteriorer Schädellage und Adipositas, sowie andererseits fetale Fehlbildungen
und Plazentainsuffizienz.
Die Frauen wurden vor Untersuchungsbeginn über die Studienziele und die
Untersuchungsmethode aufgeklärt und gaben schriftlich ihr Einverständnis (siehe
Formular im Anhang).
3.2 Versuchsaufbau und Untersuchung
Für die Untersuchungen stand ein 128 Seqouia / Acuson Corp. Ultraschallgerät zur
Verfügung. Verwendet wurde ein 5 MHz curved Schallkopf.
Zur Rekonstruktion der 3D Datensätze ist das herkömmliche Ultraschallgerät dabei
an eine 3D Smart-Scan Workstation von TomTec Imaging Systems angeschlossen,
wie in der Arbeit „Dreidimensionale Fetale Echokardiographie; Entwicklung und
Anwendung in der Pränatalen Diagnostik“ von Meyer-Wittkopf entwickelt und
beschrieben.
Dieses besteht zusätzlich zu dem herkömmlichen Schallkopf aus einem externen
elektromagnetischen Positionssensor, welcher auf dem Schallkopf befestigt wird, und
einem Empfängermodul, welches sich neben der Schwangeren befindet und die
Position des Schallkopfes räumlich ortet.
Die Untersuchung erfolgte in rechter oder linker Halbseitenlage der Schwangeren
und es wurde erst begonnen, nachdem sich ein fetaler Ruhezustand ohne
Spontanmotorik eingestellt hatte.
Methode
15
Es wurde zunächst eine Fetometrie durchgeführt, um das aktuelle Schätzgewicht des
Feten zu bestimmen und anhand von den in der Geburtshilfe verwendeten
Percentilen eine normale Entwicklung zu dokumentieren.
Außerdem wurde mittels Doppleruntersuchung eine normale vaskuläre Versorgung
dokumentiert und zunächst eine orientierende Echokardiographie durchgeführt, um
schwerwiegende anatomische und funktionelle Herzanomalien ausschließen zu
können.
Die in dieser Arbeit verwendeten Messungen wurden von zwei Untersuchern
erhoben. Dabei wurde von einem Untersucher die fetale Echokardiographie
durchgeführt,
während
der
andere
Untersucher
die
Einstellungen
an
der
Rechnereinheit vornahm und diese parallel bediente.
Dies beinhaltete neben der Synchronisierung durch Eingabe der Herzzyklusdauer
auch
die
Auswahl
des
als
Datenblock
zu
berechnenden
Bereiches
des
zweidimensionalen Bildes. Der als 3D Datenblock zu speichernde Bildausschnitt
wurde dabei als region of interest (ROI) eingegrenzt und markiert. Durch Anklicken
der Schaltfläche Start begann die Datenaufnahme.
Die durchgeführten Messungen erfolgten nach der so genannten freehand-Methode,
also als eine transabdominale sonographische Bilddatenaufnahme, die in einer
fächerförmigen Schwenkbewegung des Schallkopfes vom Vierkammerblick bis zu
den großen Gefäßen reichte.
Jede Datenaufnahme in tomographischen Bildschichten dauerte zwischen 10 und 30
Sekunden. Die Zeitunterschiede begründen sich mit den Unterschieden in Herzgröße
und Herzzykluslänge.
Das Positions-Sensor-System registrierte und speicherte dabei die Orientierung des
Schallkopfes und gewährleistete ein Phasenmonitoring. An die Datenaufnahme
schloss sich eine vom Computer ausgeführte Datenverarbeitung an.
Sowohl vor als auch nach der Datenaufnahme wurde die fetale Herzfrequenz
bestimmt. Bei annähernd konstanter Herzfrequenz wurde dann weitere zwei Male
wie oben beschrieben verfahren.
Nach drei Messungen wurden die 3D Datensätze kurz beurteilt, um als unzureichend
beurteilte Messungen direkt wiederholen zu können.
Methode
16
3.3 Bestimmung der fetalen Herzfrequenz
Die fetale Herzfrequenz wurde entweder durch ein Kardiotokogramm, falls verfügbar,
oder mittels Dopplersonographie bestimmt.
Da zur Vermeidung von Störquellen für das Signal während der Datenaufnahme kein
CTG abgeleitet wurde, wurde vor und sofort nach der Freihandmessung abgeleitet.
Die fetale Herzfrequenz war dabei im Rahmen der Software Voreinstellungen
wichtig, da durch die Voreinstellung eine zeitliche Zuordnung der Bilddaten erreicht
wurde (Gating). Bei der verwendeten offline-Methode ist eine parallele Einspeisung
der Herzfrequenz in die Software nicht möglich. Das Gating findet in der hier
verwendeten Methode nicht direkt statt und Veränderungen in der Herzfrequenz
gegenüber
derjenigen
in
der
Voreinstellung
können
zu
Artefakten
und
Qualitätsverlust der Daten führen. Durch die beim Feten physiologisch stark
schwankende Herzfrequenz sind komplett konstante Frequenzen bei einer Dauer der
Datenaufnahme von 10 bis zu 30 Sekunden nicht gewährleistet. Eine Phase mit
möglichst konstanter fetaler Herzfrequenz erhöht die Qualität der Aufnahme und
wurde hier durch die zur Datenaufnahme zeitnahe Messung angestrebt.
Die ermittelte Herzfrequenz war auch für die Berechnung von Herzzeitvolumina
wichtig. Hierbei wurde aus der vor und nach der Datenaufnahme bestimmten
Herzfrequenz ein Mittelwert errechnet und dieser als Herzfrequenz während der
Messung angenommen.
Methode
17
3.4 Echokardiographische Auswertung
Die anschließende Auswertung einer Messung dauerte 15-20 Minuten. Da bei jeder
Schwangeren drei Messungen gespeichert wurden, um mindestens eine qualitativ
hochwertige zu erhalten, beanspruchte die Nachbearbeitung der Daten einer
Patientin zwischen 20 und 45 Minuten.
Im Rahmen dieser Studie wurden 188 fetale Herzen mit der beschriebenen 3D offline
Methode untersucht.
Der gewonnene Datenblock wurde in der externen Rechnereinheit in einer speziellen
Software der Firma Tom Tec gespeichert.
Abbildung 5: Benutzeroberfläche in TomTech Software: 3D Volumendatensatz unten rechts
(zur Verfügung gestellt von M. Meyer-Wittkopf)
Methode
18
Anschließend erfolgte die Auswertung des 3D Datensatzes (siehe Abblidung 5) offline, das heißt nachdem die Untersuchung für die Patientin bereits abgeschlossen
war.
Obwohl für die Herstellung der Volumennormalwerte die exakte 3D Darstellung aller
Herzstrukturen nicht das vorrangige Ziel ist, ist es dennoch wichtig, die Anatomie des
fetalen Herzens gut zu erfassen, um zum Einen eventuelle Herzfehler nicht zu
übersehen und zum Anderen die optimale Ebene für die Ausmessung der
Endokardgrenzlinien festzulegen.
Abbildung 6: Vierkammerblick im 3D Datensatz (zur Verfügung gestellt von M. Meyer-Wittkopf)
Durch die frei wählbare Perspektive kann die optimale Ventrikeldarstellung zur
Volumenbestimmung gefunden werden.
Methode
19
Im Volumenprogramm des Softwareprogramms wurden sowohl die Herzphasen als
auch die Herzachse vom Untersucher definiert.
Nun wurden in 8 bis 12 Schnittebenen durch manuelle Konturierung der
Endokardgrenzlinien das enddiastolische und das endsystolische Ventrikelvolumen
des linken sowie des rechten Ventrikels bestimmt. Dies erfolgte nach der
Scheibchensummationsmethode unter Ausschluß von in den Ventrikel ragenden
Strukturen wie den Papillarmuskeln. Die Technik erlaubt es, Strukturen wie auch das
Moderatorband im rechten Ventrikel darzustellen, und gewährleistet so eine
Ausmessung des tatsächlichen Ventrikelvolumens.
Es wurden jeweils getrennt für den rechten und den linken Ventrikel das
enddiastolische (ED) und das endsystolische (ES) Volumen ermittelt.
Zu beachten war, beim Ausmessen immer die gleichen Einstellungen der
Graustufen, Helligkeit und des Kontrastes beizubehalten.
Eingestellt wurden jeweils die Helligkeit (brightness) bei 50, der Kontrast (contrast)
bei 60 und ein Gamma-Wert von 0,29.
Aus den enddiastolischen und endsystolischen Ventrikelvolumen ließ sich so das
Schlagvolumen (SV) nach folgender Formel bestimmen. EDVol ist dabei das
enddiastolische Volumen, ESVol das endsystolische Volumen.
SV= EDVol – ESVol
Anhand der zum Messzeitpunkt geschätzten Herzfrequenz (HF) wurde das
Herzminutenvolumen (HminVol) wie folgt berechnet.
HminVol= SVxHF
Die ermittelten Daten wurden ausgewertet und unter Mithilfe von B. Greene vom
Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie der Philipps-Universität
Marburg statistisch geprüft.
Hierbei erfolgte die statistische Datenanalyse mit Hilfe des SPSS Inc, Chicago, III
Statistikprogramms, Version 10.0 für Windows.
Die Methode wurde zudem auf ihre Praktikabilität hin untersucht, wobei besonders
die Anwendung im klinischen Alltag im Vordergrund der Beobachtung stand.
Methode
20
Die Herzminutenvolumina wurden in Form des Mittelwertes angegeben. Zudem
wurden die Werte entsprechend der 10., 50. und 90. Percentile in einer Graphik
aufgetragen.
Zudem wurden die Normwerte für das Herzminutenvolumen pro Kilogramm fetalem
Gewicht ermittelt und tabellarisch festgehalten.
Ergebnisse
21
4. Ergebnisse
Die Erhebung der Daten mit der beschriebenen Methode war nach einer kurzen
Einarbeitung in die Software und deren Handhabung problemlos möglich. Der
Versuchsaufbau bedurfte
lediglich
eines minimalen
Zeitaufwandes,
da der
Positionssensor nur auf die Halterung des Schallkopfes aufgesteckt und der externe
Rechner mit dem Ultraschallgerät verbunden werden musste.
Organisatorisch schwieriger war im Rahmen der hier beschriebenen Studie die
Bereitstellung des Kardiotokogramms. Ein solches Gerät war für die Studie nur
verfügbar, wenn es im Kreissaal nicht gebraucht wurde. Daher konnte das Ziel, die
fetale Herzfrequenz immer mittels der gleichen Methode zu bestimmen, nicht erreicht
werden.
Alle Daten wurden in der Software gespeichert und als Sicherungskopie auf
Disketten kopiert. Rechnerprobleme im Sinne von Systemausfällen oder – abstürzen
kamen nicht vor. Alle begonnen Untersuchungen konnten beendet werden.
Die offline Bearbeitung der Datensätze beanspruchte circa 20 bis 45 Minuten pro
Patientin. Da die Auswertung in Abwesenheit der Patientin durchgeführt werden
kann, bedeutet sie für die Patientin keinen höheren Zeitaufwand.
4.2 Beschreibende Statistik
Insgesamt wurden entsprechend der Ein- und Ausschlusskriterien 131 der 188
untersuchten Feten in diese Studie eingeschlossen.
Das mittlere Schwangerschaftsalter während der Volumetrie betrug 32 SSW (20 – 41
SSW).
Es wurden die Messwerte von folgender Schwangerschaftsalterverteilung gewertet:
22 SSW: 2 Feten
23 SSW: 3 Feten
24 SSW: 4 Feten
25 SSW: 6 Feten
26 SSW: 3 Feten
Ergebnisse
22
27 SSW: 7 Feten
28 SSW: 5 Feten
29 SSW: 8 Feten
30 SSW: 10 Feten
31 SSW: 5 Feten
32 SSW: 9 Feten
33 SSW: 10 Feten
34 SSW: 12 Feten
35 SSW: 10 Feten
36 SSW: 9 Feten
37 SSW: 11 Feten
38 SSW: 8 Feten
39 SSW: 5 Feten
40 SSW: 2 Feten
41 SSW: 2 Feten
Das durchschnittliche geschätzte fetale Gewicht lag bei 1802 g (486 – 3559 g).
Die durchschnittliche fetale Herzfrequenz war 142 bpm (125 - 190 bpm).
Durch die Planimetrie des 3D Volumendatensatzen wurde im rechten Ventrikel ein
durchschnittliches enddiastolisches Volumen von 2,2 ml und endsystolisch von 0,76
ml und daraus ein Schlagvolumen von 1,45 ml gemessen.
Im linken Ventrikel ergaben die Messungen im Durchschnitt enddiastolisch 1,96 ml,
endsystolisch 0,65 ml und das Schlagvolumen lag bei 1,30 ml.
Insgesamt wurde ein durchschnittliches Herzminutenvolumen von 393,68 ml/min
gemessen.
Bezogen auf
das geschätzte fetale Gewicht
Minutenvolumen von 221,98 ml/min/kg ermittelt.
wurde ein durchschnittliches
Ergebnisse
23
4.3 Referenzwerte für das Herzzeitvolumen
Entsprechend der Angaben bei Percentilen zur Ermittlung der Normalwerte ergaben
sich die 10., 50. und 90. Percentile wie in Tabelle 7.
SSW
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
10% in ml/min
63,40
69,95
77,15
85,08
93,80
103,40
113,95
125,55
138,30
152,31
167,70
184,61
203,18
223,57
245,96
270,51
297,46
327,02
359,45
395,01
50% in ml/min
120,84
133,03
146,45
161,23
177,50
195,41
215,12
236,83
269,72
287,03
315,99
347,87
382,97
421,61
464,14
510,97
562,53
619,28
681,77
750,55
Abbildung 7: Tabelle der Normalwerte des Herzminutenvolumens
Referenzwerten entsprechend der 10., 50. und 90. Perzentile in ml/min.
90% in ml/min
230,29
252,99
277,99
305,52
335,85
369,28
406,12
446,73
491,51
540,89
595,37
655,48
721,82
795,04
875,89
965,17
1063,78
1172,72
1293,09
1426,12
mit
altersspezifischen
Es konnte eine Zunahme des absoluten altersspezifischen Herzzeitvolumens
ermittelt werden, wie in Abbildung 8 gezeigt wird.
Ergebnisse
24
Abbildung 8: Herzzeitvolumina mit 10%-90% altersspezifischen Referenzbereichen
Die Verteilung nach Minutenvolumen pro Kilogramm geschätztes fetales Gewicht
wurde ebenfalls errechnet und die Mittelwerte verglichen.
Ergebnisse
25
SSW
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
50%
179,64
173,24
213,56
169,86
198,06
329,21
252,24
256,67
203,83
311,11
229,98
242,23
208,92
229,51
231,79
194,71
178,02
208,91
115,35
145,6
Tabelle 9: Mittelwerte des altersspezifischen Minutenvolumens pro Kilogramm fetalen Gewichtes in
ml/min/kg
Hierbei zeigt sich kein signifikanter Abfall oder Anstieg im Minutenvolumen pro
Kilogramm fetalen Gewichts bei Voranschreiten der Schwangerschaft.
Ergebnisse
26
Im
Seitenvergleich
Minutenvolumen
rechtsventrikulären
rechter
des
zu
rechten
linker
Ventrikel
Ventrikels
Minutenvolumen
von
mit
234,53
ergab
einem
ml/min
sich
ein
größeres
durchschnittlichen
(115,78
ml/min/kg)
gegenüber dem linken Ventrikel mit 186,98 ml/min (106,15 ml/min/kg).
Die Ejektionsfraktion war dabei in beiden Ventrikeln mit im rechten 66% und im
linken 67% annähernd gleich.
Abbildung 10: Volumendifferenz des rechten zum linken Ventrikel.
Ergebnisse
27
Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden 84 Herzfrequenzen (64,4 %) mittels
CTG-Ableitung und 47 (35,6 %) per Doppler bestimmt.
Der Versuch war, möglichst viele Messungen mittels CTG-Ableitung durchzuführen.
Hierzu bedurfte es der Organisation eines sich nicht in Gebrauch befindlichen CTGGerätes aus dem Kreissaal. In 35,6% der Fälle war dies aus logistischen Gründen
nicht möglich.
Diskussion
28
5. Diskussion
Die dreidimensionale fetale Echokardiographie ist eine gute Methode, die fetalen
kardialen Strukturen darzustellen und die fetalen Herzvolumina zu bestimmen.
Die verwendete Methode bietet den Vorteil der Non-Invasivität. Für die Bestimmung
von Normalwertkurven kann sie, wie in der Literatur beschrieben, als verlässliche
Methode verwendet werden (Meyer-Wittkopf, 2001).
Da der Datensatz zur Volumenbestimmung gespeichert vorliegt, können die Daten
offline bearbeitet werden. Dies bietet zwei große Vorteile. Zum einen gewährleistet
eine
Auswertung
offline
für
die
werdende
Mutter
eine
möglichst
kurze
Untersuchungszeit. Die Auswertung findet statt, nachdem die Untersuchung für die
Patientin beendet ist. Zum anderen kann die dynamische Aufnahme jederzeit einem
Kollegen demonstriert werden, der an der interdisziplinären Therapieplanung beteiligt
ist. Dabei sind beliebige Perspektiven und Schnittebenen frei wählbar.
Bei der hier verwendeten 3D Sonographie ist eine genaue Kenntnis der
anatomischen Strukturen des fetalen Herzens eine grundlegende Voraussetzung, um
den Ventrikel zu beurteilen und die Volumetrie durchzuführen. Die Datenerhebung
sollte
also
nur
von
einem
auf
dem
Gebiet
der
Perinatalmedizin
oder
Kinderkardiologie versierten Kollegen erfolgen.
Die offline Bearbeitung einer Messung beanspruchte beim erfahrenen Untersucher
zwischen 15 und 20 Minuten. Die drei Messungen einer Patientin auszuwerten nahm
zwischen 20 und 45 Minuten in Anspruch. Diese zeitintensive personelle
Inanspruchnahme stellt sicherlich einen Nachteil der Methode dar. Darüber hinaus
muss bei dieser Methode die Interuntersuchervalidität überprüft werden, da es
aufgrund
von
unterschiedlicher
Interpretation
der
Grauwertinformationen
zu
Abweichungen bei der Abgrenzung der Endokardgrenzlinien kommen kann. Für die
Erstellung von Normalwerten ist daher eine immer gleiche Einstellung und die
Auswertung durch den gleichen Untersucher wünschenswert.
Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Technik limitiert, ist die Zeit der
Datenspeicherung. Je nach Speicherkapazität der externen Rechnereinheit nimmt
diese Sekunden bis wenige Minuten in Anspruch. Es vergeht somit immer eine
Diskussion
29
gewisse Zeit, bevor eine weitere Freihandschnittbildserie aufgenommen werden
kann. In dieser Wartezeit verändern sich Lage und Herzrhythmus des Feten. In der
Praxis würde diese Tatsache einen Vergleich zweier Schnittbildserien eines fetalen
Herzens erschweren. Die Qualität der Aussagekraft verschlechtert sich.
Für das Ziel der Bestimmung von Normalwerten kann dieser Faktor jedoch
vernachlässigt werden. Zu beachten waren hier hauptsächlich die Faktoren, die die
Bildqualität verschlechtern und somit die Volumenmessung verfälschen könnten, da
ein gutes 2D Bild die Grundlage für eine weitere Datenverarbeitung bildet.
So liegen zum Teil von Schwangerer zu Schwangerer extrem unterschiedliche
Bauchdeckenverhältnisse vor, und das fetale Herz liegt ohnehin relativ weit vom
Schallkopf entfernt. Dies kann dazu führen, dass nicht immer alle Teile des fetalen
Herzens gut dargestellt werden können.
Auf dem Weg zum fetalen Herzen überlagern zudem knöcherne Thorax- und
Extremitätenstrukturen
die
zu
untersuchende
Region.
Es
kommt
zu
Schallabdeckungen oder Schallauslöschungen.
Auch der Zustand der Schwangerschaft hat Einfluss auf die Bildqualität. So
erschwert ein Oligohydramnion die Darstellung durch den mangelnden Kontrast.
Zudem
können
nicht
nur
die
fetalen,
sondern
auch
die
maternalen
Zwerchfellbewegungen Bewegungsartefakte verursachen. Die Artefakte durch
Bewegung oder eine stark variierende Herzfrequenz im 2D Bild werden durch die
Digitalisierung in 3D noch verstärkt.
Durch ständige fetale Bewegungen ließ sich das Herz als region of interest teilweise
nicht ein zweites Mal in der gleichen Art aufnehmen.
Wurde eine derartige Schallstörung bereits während der Messung deutlich, wurde die
Messung abgebrochen und eine neue Messung begonnen. Dies ist erwähnenswert,
da man sich des hohen zeitlichen und personellen Aufwandes bewusst sein muss.
Es wurden im Rahmen dieser Studie von jedem Feten drei Schnittbildserien
aufgenommen,
um
immer
mindestens
eine
gute
Messung
für
die
Volumenbestimmung zu erhalten.
Die weitere Selektion der Datensätze fand in der externen Rechnereinheit statt.
Einige Unschärfen ließen sich erst während der Endokardgrenzlinienmarkierung
erkennen. Das späte Erkennen von Unschärfen stellt in diesen Fällen einen großen
Diskussion
30
Nachteil dar, da eine Wiederholung der Messung eine erneute Einbestellung der
Schwangeren voraussetzen würde.
Da hier großen Wert darauf gelegt wurde, möglichst viele ambulante Schwangere in
die Studie aufzunehmen, die zum Teil weite Anfahrtswege hatten, wäre dies eine
große Belastung für die Probandinnen gewesen.
Aus diesem Grund wurde auf eine Nachmessung verzichtet, auch wenn von drei
gespeicherten Datensätzen oft nur zwei oder selten nur einer ausgewertet werden
konnten.
Diese Limitation hat jedoch ebenfalls wenig Einfluss auf die Erstellung von
Normalwertkurven. Größere Bedeutung käme diesem Nachteil der Methode zu,
wenn es um die Diagnostik eines fetalen Herzfehlers ginge. In diesem Falle wäre
eine Nachuntersuchung bei fehlerhaften Datensätzen nur im stationären Bereich
einfach und für die Schwangere und den Feten wenig belastend durchzuführen.
5.2 Möglichkeiten und Grenzen der 3D Sonographie fetaler Herzen
Eine dreidimensionale Darstellung der Ventrikel vereinfacht die Bildgebung des
komplexen fetalen Herzens. Sie bietet eine Möglichkeit der Diagnose anhand
tomographischer Bildschichten entsprechend der Technik der MRT oder CT. Das
räumliche
Vorstellungsvermögen
des
Untersuchers
ist
nicht
mehr
allein
ausschlaggebend um die Anatomie zu erfassen, sondern wird durch die Darstellung
auch dem weniger erfahrenen Kollegen zugänglich. Die räumliche Zuordnung
pathologischer Strukturen wird erleichtert. So können Fehlbildungen besser erkannt
werden. Eine dadurch frühere und genauere Diagnose kann zur Optimierung von
Planung und Koordination der interdisziplinären Behandlungsmaßnahmen dienen. Im
Falle der Herzfehlbildungen kann die Detaildiagnose und präoperative Darstellung
zur Therapieplanung eingesetzt werden. Eine Reevaluation der Diagnose mit
Experten
ist
jederzeit
möglich
(Nelson,
Skanlsky,
Pretorius,
1997).
Der
Kinderherzchirurg kann so den optimalen Zugang planen und die Traumatisierung
minimieren.
So ergab sich auch in der Arbeit von B.A. Steinweg von 2009 eine „ deutlich höhere
Detektionsrate“ von Fehlbildungen der kleineren fetalen kardialen Strukturen wie
Diskussion
31
dem Aortenbogen und dem Ductus arteriosus bei der Verwendung der realtime 3D
Technik.
Eine fetale 3D Echokardiographie könnte als Schichtaufnahme und morphologische
Darstellung postnatale zeit- und kostenintensive Methoden wie z.B. die MRT
ersetzen. So kann postnatal ebenfalls auf sedierende Maßnahmen verzichtet und
eine genaue Darstellung bereits intrauterin erfolgen (Meyer-Wittkopf, 2001).
Ein weiterer Vorteil der dreidimensionalen Echokardiographie gegenüber der MRT
und CT ist, dass man eine dynamische Messung erhält. Diese Messung ist noch
dazu jederzeit auswertbar und reproduzierbar.
In der 3D Echokardiographie stehen die realtime Methode, die zum jetzigen
Zeitpunkt für den täglichen klinischen Gebrauch noch nicht häufig verfügbar ist und
die Rekonstruktion aus einer Serie von 2D Schnittbildern zu Verfügung.
Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde die Technik der Rekonstruktion aus 2D
Schnittbildern verwendet. Diese wurde 2009 auch noch einmal in den direkten
Vergleich mit der neueren realtime Methode gestellt, wobei die beiden Methoden als
gleichwertig bewertet werden konnten (B.A. Steinweg, 2009).
Eine qualitativ gute 3D Messung setzt eine qualitativ hochwertige 2D Datenaufnahme
voraus. Hieraus ergeben sich gleich zwei Fehlerquellen. Die fetale 2D Sonographie
ist durch die Untersuchungsgegebenheiten generell störanfällig.
Die flexible Handhabung und unregelmäßige Kontaktflächen erschweren die
Gewinnung einer koordinierten Schnittbildfolge. Die Flexibilität bietet jedoch im
Rahmen der Messung dynamischer Strukturen einen großen Vorteil. Voraussetzung
ist auch hier wieder eine gute Ausbildung des Untersuchers.
Wie schon bei Meyer-Wittkopf beschrieben können nur der 2D Technik zugängliche
Strukturen für die 3D Messung herangezogen werden.
Ein Qualitätsverlust findet bei der Übertragung der Ultraschalldaten als digitale Daten
in die externe Software statt. Durch die Umwandlung kommt es zum Verlust von
Grauwertinformationen.
Bei einem Großteil der Messungen konnten nicht alle Strukturen dargestellt werden.
Da das Augenmerk in dieser Arbeit auf den Ventrikeln lag, war es jedoch trotzdem
möglich, die meisten Daten auszuwerten und Herzvolumina zu bestimmen. Die
Diskussion
32
Qualität der Messung definierte sich hierbei nur durch die gute Darstellung beider
Ventrikel im Vierkammerblick.
Grenzwertig gute 2D Aufnahmen, die zunächst gespeichert wurden, mussten vor der
Auswertung als 3D Datensatz re-evaluiert werden. Teilweise ergaben sich aus den
Qualitätsverlusten durch die digitale Umwandlung Artefakte und Unschärfen, die eine
morphologische Darstellung ungenau machten.
Die durch die Umwandlung von dem 2D in das digitale 3D Bild problematischen
Qualitätsverluste, können zukünftig durch primär digitale Bildaufnahme verbessert
werden.
Die Visualisierung der Anatomie wurde durch die Bewegung erschwert. Einfluss auf
Bewegungsartefakte hatten neben der oben erwähnten fetalen Herzaktivität auch die
fetalen und die maternalen Zwerchfellbewegungen.
Die Problematik der dynamischen Untersuchung eines Feten im Mutterleib ist
allerdings nicht nur eine Limitation des 3D Ultraschalls, sondern in der Geburtshilfe
hinlänglich bekannt und akzeptiert.
5.3 Möglichkeiten und Grenzen der Volumenbestimmung fetaler Herzen
mittels 3D Echokardiographie
Für die quantitative Diagnostik ist die 3D Echokardiographie geeignet, was in der
vorliegenden Arbeit an einem ausreichend großen Kollektiv untersucht wurde.
Durch die bessere Darstellung der Morphologie im Vierkammerblick wird das
Ausmessen der Ventrikelvolumina genauer. Strukturen wie die Papillarmuskeln, die
Klappen und das Moderatorband des rechten Ventrikels können bei der manuellen
Konturierung der Endokardgrenzen ausgeschlossen werden. Diese bessere
Erkennung der Strukturen stellt den klaren Vorteil gegenüber der 2D Sonographie
dar.
Da sich die Volumina der Herzkammern und die Herzfunktion genauer als bisher
qualifizieren lassen, ist die Methode zur Erhebung von Normalwerten und
Herstellung von Percentilenkurven bestens geeignet
Wittkopf, 2001).
(Ihshii et al, 2000; Meyer-
Diskussion
33
Um optimale Daten zu erhalten, müssen die Messungen mit der Herzfrequenz
synchronisiert werden. So können die zum Teil immensen Herzzyklusartefakte
verringert werden.
Es gab bereits viele Bemühungen diverser Arbeitsgruppen das fetale Herz mit seinen
Volumina und Blutflüssen in utero zu untersuchen. Abraham M. Rudolph und Michael
A. Heymann zeigten bereits 1967, dass es möglich ist, zuverlässige Aussagen über
fetale Blutflüsse zu machen.
Die Untersuchungen wurden allerdings invasiv und anhand von Schaffeten
durchgeführt.
Aus der Verteilung markierter intravenös verabreichter Mikrosphären in den
verschiedenen Organen, ließen sich Aussagen über das Schlagvolumen machen. „It
was possible to determine the actual blood flow to each of the fetal organs by relating
the proportions of nuclide in each organ to that in the placenta. Total cardiac output
was then calculable, taking into consideration the hemodynamic arrangement of the
fetal circulation” (Rudolph, Heymann,1967). Rudolph und Heymann entwickelten
somit eine Methode, die eine intrauterine Untersuchung ermöglichte, aufgrund ihrer
Invasivität jedoch nicht für Messungen und Diagnostik beim menschlichen Feten
eingesetzt werden kann.
Als wichtiges Ergebnis arbeiteten Rudolph und Heymann in ihrer Studie heraus, dass
das Schlagvolumen pro Kilogramm fetales Gewicht in den frühen Gestationswochen
signifikant höher war.
Allerdings räumten sie direkt die kleinen Fallzahlen von 12 Schaffeten ein. Es wurden
des
Weiteren
frühe
Gestationswochen
zwischen
13
und
19
Schwangerschaftswochen untersucht. In der 13. Schwangerschaftswoche ergab sich
ein
Herzzeitvolumen
von
498
ml/min/kg.
Bei
den
Feten
der
15.
Schwangerschaftswoche waren es mit großen Schwankungen zwischen 335 und
1080 ml/min/kg und in der 19. Schwangerschaftswoche ergaben sich Volumina von
280 bis 390 ml/min/kg. Dies würde auf eine Abnahme der fetalen Schlagvolumina
hindeuten.
Diese Tendenz konnte in der vorliegenden Arbeit nicht bestätigt werden.
So wurden für die 24. Schwangerschaftswoche durchschnittlich 213,56 ml/min/kg, für
die 28. Schwangerschaftswoche durchschnittlich 252,24 ml/min/kg, für die 32.
Schwangerschaftswoche durchschnittlich 229,98 ml/min/kg und für die 39.
Diskussion
34
Schwangerschaftswoche durchschnittlich 208,91 ml/min/kg gemessen (siehe Tabelle
9). Dabei wurden die Daten auf der Grundlage eines größeren Patientenkollektivs
und eines breiteren Zeitraums der Schwangerschaftsdauer erhoben.
Nicht zu vernachlässigen ist bei einem Vergleich der Daten zudem der Speziesunterschied. So wurden die grundlegenden Studien an Schaffeten durchgeführt, bei
denen letztlich ähnliche aber nicht identische zirkulatorische Grundvoraussetzungen
vorliegen.
Die Methode beruhte auf der Berechnung der Volumina anhand der Verteilung des
Blutes
im
fetalen
Kreislauf
im
Vergleich
zur
hier
verwendeten
direkten
Volumenbestimmung.
Durch
die
Volumenbestimmung
mittels
3D
Ultraschall
wird
versucht,
die
Fehlerquellen zu minimieren. Statt komplizierten Berechnungen mit verschiedenen
Variablen, kann durch den Ultraschall das Herz morphologisch und funktionell direkt
untersucht werden.
Weitere Ansätze, das fetale Schlagvolumen zu bestimmen folgten:
Ebenfalls mit fetalen Lämmern arbeitete Schmidt 1992, um quantitative Aussagen
über das Schlagvolumen des linken Ventrikels zu machen.
Es wurde untersucht, inwieweit man mit dem 2D Ultraschall eine quantitative
Aussage machen kann. Zur Überprüfung der neuen Methode dienten invasive
kreislaufphysiologische Messungen. Wie bei der in dieser Arbeit verwendeten
Technik,
bediente
man
sich
auch
in
jener
Arbeit
der
Scheibchensummationsmethode.
„Für
die
Ventrikelvolumenbestimmung
wurde
die
biplane
Scheibchensummationsmethode (Simpson’s rule) benutzt, die eine Abbildung des
jeweiligen Ventrikels in zwei orthogonal aufeinanderstehenden Ebenen erfordert,
welche eine gemeinsame lange Achse haben.“ (Schmidt, 1992)
Schmidt räumt dabei eine Überschätzung des Volumens ein, da bei den Messungen
das Papillarmuskelvolumen mit eingeschlossen würde.
Dies zeigte sich auch in der Studie von Maryse, De Smedt, et al, 1987 die am
Geburtstermin mittels 2D Ultraschall ein gesamtventrikuläres Schlagvolumen von
1735 ml/min bestimmten.
Diskussion
35
In der vorliegenden Arbeit wurde im Durchschnitt ein deutlich niedrigeres
gesamtventrikuläres Schlagvolumen ermittelt. Verglichen mit dem Zeitpunkt nahe
des Geburtstermins in dieser Studie, lag das Minutenvolumen in der 40.
Schwangerschaftswoche
im
Durchschnitt
bei
681,77ml/min.
Das
10%
Konfidenzintervall lag bei 359,01ml/min und das 90%ige bei 1293, 09 ml/min.
Die niedrigen Werte ergeben sich durch die Vorteile der in der vorliegenden Arbeit
verwendeten 3D Sonographie, da Strukturen wie die Papillarmuskeln und das
Moderatorband des rechten Ventrikels dargestellt werden können. Bei der manuellen
Konturierung der Endokardgrenzlinien wird unter Ausschluß dieser Strukturen nur
das tatsächliche Blutvolumen bestimmt.
Zum anderen wurden von Maryse, De Smedt, et al lediglich 28 Feten untersucht. Die
geringe Fallzahl, die zur Bestimmung der Werte in dieser Arbeit Grundlage war,
muss kritisch bewertet werden.
Die Daten der vorliegenden Studien wurden aus 131 Fällen ermittelt.
Darüber hinaus beschreiben Maryse, De Smedt et al, dass Messungen während der
fetalen Bewegung von der Studie ausgeschlossen wurden. Es muss angezweifelt
werden, dass ausreichend viele Messungen während fetaler Ruhephasen gemacht
werden können, da es sich um eine dynamische Untersuchung an aktiven Feten
handelte.
Im Jahre 2000 veröffentlichten Ishii, Eto, et al ihre Arbeit über die quantitative
Bestimmung
der
Funktion.
Ihr
Ansatz
beschreibt
eine
Möglichkeit, Messungen durchzuführen, ohne von den komplexen morphologischen
Verhältnissen des rechten fetalen Ventrikels abhängig zu sein. Sie bedienten sich
des Tei Index, der sich aus der Summe der isovolumetrischen Anspannungs- und
isovolumetrischen Entspannungsphase geteilt durch die Auswurfzeit berechnet (Ishii,
Eto, et al, 2000).
Diese Methode wurde erstmals von Tei et al beschrieben, die Messungen am
adulten Herzen durchführten (Tei, Dujardin, et al, 1996). Mittels der nichtinvasiven
Dopplertechnik wurden so quantitive Messungen möglich. Allerdings beruht auch
diese Technik auf einer indirekten Berechnung des Volumens aus verschiedenen
Variablen wie zum Beispiel dem Blutfluss. „Because the index is essentially a time
ratio, it is therefore independent of ventricular geometry and may be useful in the
assessment of the global RV function in children with complex RV shape.“ (Tei,
Dujardin, et al, 1996)
Diskussion
36
Zudem postulierten Ishii et al, dass eine dreidimensionale Technik besser sei, um
Volumen und Funktion des fetalen rechten Ventrikels einzuschätzen.
In den bisher beschriebenen Studien wurde versucht, eine geeignete Methode für die
Bestimmung von Normalwerten fetaler Herzvolumina zu finden.
Allerdings konnten mit den invasiven Methoden nur Werte für fetale Lämmer
gemessen werden.
Die nichtinvasiven Methoden sind meist ungenau in ihrer Datenerhebung. Zum einen
resultieren die Werte aus komplizierten Berechnungen, die somit eine zusätzliche
große Fehlerquelle bieten. Die zweidimensionalen Berechnungen beruhen auf der
Annahme einer ellipsoiden Ventrikelstruktur
(Meyer-Wittkopf, et al, 2001). Zum
anderen konnte die sonographische direkte Messung der morphologischen und
funktionellen Volumina bisher keine wirklich plastische Datenaufnahme sichern.
Die optimale Methode muss die fetalen Ventrikel möglichst real darstellen und so
eine direkte Bestimmung der Volumina ermöglichen.
Mit der 3D Echokardiographie ist es in der vorliegenden Arbeit möglich gewesen die
Vorgaben zu erfüllen, die fetalen Ventrikel in ihrer Komplexität darzustellen und
auszumessen.
Die ermittelten Volumina entsprechen daher am genauesten der intrauterinen
Situation des Feten.
In der 2009 von B.A. Steinweg veröffentlichten Dissertation an der Universität Bonn,
wurden die beiden neuen 3D Techniken mit dem Goldstandard der 2DEchokardiographie verglichen. 58 der 80 untersuchten Feten waren hierbei
herzgesund und bezüglich der Volumina wurde vergleichend mittels 3D realtime
Darstellung und Scheibchensummationsmethode ein größeres Volumen als mittels
2D Standard gemessen. Dies wird mit der besseren Darstellung des morphologisch
komplexen
Ausflussstraktes
begründet,
welcher
im
zweidimensionalen Vierkammerblick nur unzureichend mitgemessen wird (B.A.
Steinweg, 2009).
Die Schwierigkeit der Volumenbestimmung bei der Endokardlinienmarkierung und
Scheibchensummationsmethode liegt in der genauen Darstellung der komplexen
Anatomie der fetalen Ventrikel. Dies wurde auch von Schmidt et al beschrieben, die
zur
Datenerhebung
verwendeten.
einen
herkömmlichen
zweidimensionalen
Ultraschall
Diskussion
37
Die hier verwendete Methode ist formal noch durch einen fehlenden Goldstandard
limitiert.
Man kann die postnatal und im Erwachsenalter validierten Standards eventuell
auf die pränatale fetale Echokardiographie übertragen.
Die bisherigen 2D Volumenberechnungen begründen sich aus geometrischhämodynamischen Überlegungen. Diese legen zugrunde, dass die fetalen Ventrikel
einer ellipsoiden Form gleichen. Dies ist bei den komplexen fetalen Ventrikeln nicht
immer der Fall und somit ergibt sich für die 2D Bestimmungen eine große
Fehlerquelle.
Da in den hier verwendeten 3D Aufnahmen multiple tomographische Schnittebenen
ausgewertet wurden, verringert sich diese Fehlerquelle, da die erhaltenen Volumina
unabhängig von geometrischen Annahmen sind. Postnatal wurde diese These durch
diverse Arbeitsgruppen durch Vergleiche mit magnet-tomographisch erhaltenen
Volumina validiert (Gopal et al, Apfel et al, Altmann et al, Papavassiliou et al und Pini
et al, 1996-1998). Die erzielte Genauigkeit entsprach dabei mindestens derjenigen
der MRT. Somit wurde zumindest der Algorithmus zur Volumenberechnung, der in
dieser Arbeit verwendete wurde, ebenfalls im Vergleich mit der MRT validiert.
Dadurch ergibt sich eine Methode, die zur Messung von Volumina und damit zur
Erstellung von Normalwerten geeignet ist.
Für eine Volumenbestimmung der fetalen Herzvolumina im klinischen Alltag wären,
zur
Verkürzung
von
Untersuchungs-
und
Auswertdauer,
natürlich
Weiterentwicklungen wie die online und automatische Volumenmessung hilfreich.
Die Arbeitsgruppe um B. Messing hat 2007 die STIC Methode (spatio-temporal
image correlation), wobei ein kompletter Herzzyklus gespeichert werden kann, mit
dem inversion mode kombiniert, wo gleich echogene Areale verglichen werden und
somit das Volumen als Ganzes dargestellt wird, indem alle soliden Strukturen vom
Bild subtrahiert werden. Sichtbar wird dann nur der 3D Volumenblock. In dem Artikel
“Fetal cardiac ventricle volumetry in the second half of gestation assessed by 4D
ultrasound using STIC combined with inversion mode.” haben sie damit
verschiedene Herzvolumina bestimmt. Das Patientenkollektiv bestand aus 100
herzgesunden Feten zwischen der 20+5 und der 40+0 Schwangerschaftswochen.
Das linksventrikuläre endsystolische Volumen zum Geburtstermin betrug im
Durchschnitt 1,56 ml, das linksventrikuläre enddiastolische Volumen 3,96 ml.
Diskussion
38
Rechtsventrikulär ergab sich zum Geburtstermin ein endsystolisches Volumen von
2,29 ml und ein enddiastolisches von 5,44 ml. Als Schlagvolumen am Geburtstermin
ergab sich ein Volumen von 5,55 ml.
Als neueste Weiterentwicklung hat die Firma General Electronic eine Software mit
dem Namen SonoVCAD™heart (Sonography-based Volume Computer Aided
Display
heart)
als
Bestandteil
des
ViewPoint
Bild-
und
Befunddokumentationssystems entwickelt, die es ermöglicht, aus den mittels 4D
Ultraschall ermittelten Daten direkt die fetalen Herzvolumina zu errechnen.
Im Jahre 2010 hatten Rizzo et al bereits die Reliabilität sowie die Effektivität bei einer
Untersuchungsdauer von durchschnittlich 2,8 Minuten gezeigt.
Verglichen hatte er SonoAVC mit VOCAL (Virtual Organ Computer-aided AnaLysis)
einer halbautomatischen Methode, die weiterhin die manuelle Konturierung der
Endokardgrenzlinien voraussetzt. Die durchschnittliche Dauer der Messung lag bei
VOCAL bei 11,7 Minuten. Das neuere SonoAVC scheint der semiautomatischen
Methode überlegen zu sein.
Allerdings untersuchte Rizzo in der Studie lediglich 45 Feten, wovon nur 30 Feten
herzgesund waren.
Mittels der oben beschriebenen Methoden werden alle intrakardialen Strukturen, wie
die AV-Klappen-Segel, die interventrikulären und interartialen Septen, etwas verdickt
dargestellt. Man könnte daraus zu klein gemessene Volumina erwarten. Allerdings
hat sich gezeigt, dass dieser systematische Fehler aufgrund der multiplanaren
Darstellung zu vernachlässigen ist.
Die Auswertalgorithmen sollten allerdings weiter verbessert werden, um solche
Fehler primär zu umgehen.
Wird im Rahmen der üblichen geburtshilflichen Vorsorge ein Herzfehler vermutet
oder festgestellt, können die Methode und die hier gewonnen Normalwerte eine
Bewertung der funktionellen Konsequenz für den Feten gewährleisten.
Diese Fallzahl von 131 herzgesunden Feten ist nach Prüfung von B. Greene des
Institutes für Statistik der Philipps-Universität Marburg ausreichend für die Ermittlung
von Normalwerten. Um letztlich Percentilenkurven zu erstellen bedürfte es allerdings
auch hier einer höheren Fallzahl.
Diskussion
39
Erst im Vergleich zum gesunden Normalkollektiv wird es möglich die Tragweite eines
Herzfehlers und den Einfluss auf das Schlagvolumen einzuschätzen.
Der 3D Ultraschall sollte in speziellen Zentren zur weiteren Abklärung einer
Verdachtsdiagnose verwendet werden und hat dort sicherlich seinen sinnvollsten
Einsatz. Die Kosten für den personellen und zeitlichen Aufwand können anders nicht
gerechtfertig werden. Auch die Anschaffungskosten übersteigen das Budget der
meisten geburtshilflichen Krankenhäuser. Um die enormen Vorteile der exakteren
Diagnosestellung und interdisziplinär möglichen Therapieplanung nutzen zu können,
bietet sich die Methode in einem geburtshilflich-kinderkardiologischen Zentrum an.
Die Fragestellung und die therapeutische Konsequenz muss im Vorfeld eindeutig
geklärt werden.
Eine spezielle Fragestellung der fetalen Volumetrie ist die rechtskardiale Dominanz.
Diese konnte schon in tierexperimentellen Studien gezeigt werden, erstmals aber
1987 an menschlichen Feten mittels 2D Sonographie untersucht werden. Die
Volumina wurden aus dem Fluss und dem Durchmesser der AV-Klappen berechnet.
Zu den Ergebnissen zählte, dass die Dominanz des rechten Herzens mit einer Ratio
von
1,3
in
der
15.
durch
den
größeren
Klappendurchmesser und die höhere Flussgeschwindigkeit im rechten Ventrikel
begründet wird (Maryse, De Smedt et al, 1987). Grundlage waren allerdings die
longitudinalen Daten von nur 28 Feten.
Eine weitere sonographische Methode wurde von Mielke und Benda 2001
eingesetzt, um das Schlagvolumen von menschlichen Feten zu bestimmen. Hier
wurde das Volumen aus dem Gefäßquerschnitt und dem Zeit-Fluss-Integral
berechnet. Zu den Ergebnissen zählte, dass auch sie eine Dominanz des fetalen
rechten Herzens bestätigten. Dabei lag die durchschnittliche Ratio rechter zu linker
Ventrikel bei 1,42.
In der vorliegenden Studie wurden die gemessen Volumina des rechten wie linken
Ventrikels im Vergleich zueinander analysiert wie in Abbildung 10 dargestellt.
Hierbei zeigte sich auch bei unserem Kollektiv eine leichte Tendenz zum dominanten
rechten Ventrikel mit 115,78 ml/min/kg zu 106,15 ml/min/kg des linken Ventrikels,
Diskussion
40
welche jedoch nicht in dem Maße relevant war wie bisher angenommen. Dies kann
eventuell mit der Aussparung des nur im rechten Ventrikel vorkommenden
Moderatorbandes bei der Planimetrie erklärt werden.
Die Ejektionsfraktion war in beiden Ventrikeln annähernd gleich ( 66% im rechten,
67% im linken Ventrikel).
Ein wesentlicher Qualitätsverlust bei der fetalen 3D Echokardiographie entsteht
durch Bewegung und Herzaktivität, wobei man nicht vergessen darf, dass es das
erklärte Ziel ist, Aussagen über die dynamischen Prozesse – wie hier die
Herzvolumina – von Feten im Mutterleib zu machen. Bei aller Exaktheit von
Methoden bleibt somit immer eine nicht beeinflussbare Gegebenheit der Bewegung.
Ziel ist es, diese Bewegung zu erkennen und in die Auswertung der Messung mit
einfließen zu lassen. Die Triggerung der Herzfrequenz zum Zeitpunkt der
Datenaufnahme ist eine wichtige Maßnahme, um die Artefakte so gering wie möglich
zu halten. Dies wird durch verbesserte Techniken und zeitgleiches Monitoring der
Herzfrequenz und Bewegung ermöglicht.
Die fetale Bewegung kann während der Datenakquisition problematisch sein, da für
die 3D Messung der Bereich des Herzens als region of interest definiert wird. Dieser
Bereich sollte sich möglichst nur auf das fetale Herz und die großen Gefäße
beschränken, um den benötigten Speicherplatz für den Datensatz so klein wie
möglich
zu
halten.
Dies
verkürzt
die
Nachbearbeitungszeit
und
erhöht
praktischerweise die Anzahl der Datensätze, die sich in der externen Rechnereinheit
speichern lassen. Bewegt sich der Fetus während der Datenaufnahme, kommt es
vor, dass Teile des Herzens nicht mehr in der region of interest zu liegen kommen.
Die Messung muss abgebrochen und wiederholt werden.
In einigen Arbeiten, die sich ebenfalls mit der fetalen Physiologie beschäftigten,
erfolgten die Messungen in einer fetalen Ruhephase (Nelson et al., 2000; Herberger
et al., 2003; Kenny et al., 1987). Teilweise wurden Messungen ausgeschlossen, die
während der fetalen Bewegung stattfanden.
Diskussion
41
Dieser Ansatz ist für die hier verwendete Methode unrealistisch, da die Dauer der
Datenakquisition zu lang ist, um sie in reinen fetalen Ruhephasen durchzuführen.
Maximal kann man anhand der CTG-Aufzeichnung und der Aktivität im 2D
Ultraschall eine möglichst ruhige Phase abpassen.
Mit Hilfe der modernen Technik soll es gelingen, die Herzvolumina in ihrer Dynamik
zu beurteilen.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die fetale Herzfrequenz möglichst parallel durch ein
zeitnah zur Untersuchung abgeleitetes CTG ermittelt werden, um die Triggerung von
Bild und Zeit, also das Gating, zu optimieren.
Da hierfür jedoch ein externes CTG-Gerät aus dem Kreissaal für die Messung
benötigt wurde, war dieses aus organisatorischen Gründen in einigen Fällen nicht
möglich. Der Versuchsaufbau mit CTG erfordert neben der Verfügbarkeit selbst
einen Umbau und somit geringere Flexibilität. Im Rahmen dieser Arbeit konnte das
Problem der Verfügbarkeit leider nicht immer gelöst werden.
Auch bei extrem schlechten CTG-Signalen musste selbstverständlich auf diese Art
der
Messungssteuerung
verzichtet
werden.
Besonders
frühe
Schwangerschaftswochen oder schwierige fetale Lagebedingungen waren hierbei
problematisch.
In
diesen
Fällen
wurde
die
Herzfrequenz
wie
bereits
beschrieben
dopplersonographisch ermittelt.
In beiden Fällen fand dies nicht genau zeitgleich zur Messung statt. Die
Herzfrequenz wurde jeweils im Rahmen der Voreinstellungen für die Messung in das
Programm eingegeben. Die Zeitverzögerung zum Beginn der Datenaufnahme war in
beiden Fällen gleich.
Die in der vorliegenden Arbeit verwendete Methode ermöglicht die Integration der
Dynamik durch das Gating als zeitliche Zuordnung. Die fetale Herzfrequenz sowie
die physiologische Oszillation werden so berücksichtig. Vinals et al hatten diese
Methode 2003 anhand von 100 herzgesunden Feten validiert.
Eine Verbesserung stellen Programme in Aussicht, bei denen die Herzfrequenz
gleichzeitig
gemessen
und
digitalisiert
wird
(Herberg
et
al,
2004).
Voreinstellungen im Programm und die Zeitverzögerung fallen damit weg.
Die
Diskussion
42
Eines der größten Probleme stellt die sich ständig ändernde Phasenlänge dar. Dies
ergibt sich aus der physiologischerweise wechselnden Oszillation im fetalen
Herzrhythmus. Somit kann es zu räumlicher und zeitlicher Verschiebung einzelner
2D Schichtebenen gegeneinander kommen. Dadurch wiederum werden in der 3D
Rekonstruktion einzelne Herzsegmente unscharf.
Zwar wurde im Rahmen dieser Arbeit versucht, die Herzfrequenz des Feten
möglichst zeitnah zur Untersuchung abzuleiten, um ein Gating zu gewährleisten,
allerdings war ein exaktes Gating in dieser Methode nicht möglich, da die
Herzfrequenz in den Voreinstellungen eingegeben werden musste und so auf die
physiologischen Frequenzschwankungen während der Messung nicht reagiert
werden konnte. Da das fetale Herz auch in körperlichen Ruhephasen großen
Oszillationsschwankungen unterliegt, kann ein echtes Gating mit einer starren
Einstellung nicht erreicht werden. Die Problematik der Qualitätsverluste durch
unzureichendes Gating bleibt also vorerst bestehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde
darauf reagiert, indem die fetale Herzfrequenz nach der Datenaufnahme erneut
bestimmt wurde. Wichen die Frequenzen sehr stark voneinander ab, wurde die
Datenaufnahme direkt wiederholt, da sicher mit Unschärfen und Artefakten zu
rechnen gewesen wäre.
Diese Limitation konnte wie zuvor erwähnt oft erst während der Nachbearbeitung
genau festgestellt werden. Beschränkten sich die Unschärfen in einem solchen Fall
aber zum Beispiel nur auf die großen Gefäße, konnten die Ventrikel meist dennoch
ausreichend beurteilt und ausgemessen werden.
Wünschenswert wäre hier die 4D Echokardiographie als Methode um online
Volumendatensätze zu aquirieren und später offline auszuwerten.
Eine Lösung für das Gating bietet zudem die STIC (spatio-temporal image
correlation) Software von General Electronics. Hierbei wird ausgehend vom
Vierkammerblick eine automatische Datenaufnahme erzeugt und als kompletter
Herzzyklus gespeichert. Durch rhythmische Veränderungen der Bilder in der
Endlosschleife errechnet die Software die Herzfrequenz und somit den Trigger. Die
gespeicherten B-Mode Aufnahmen werden so entsprechend des Herzzyklus
umorganisiert.
Die
neuen
Techniken
mit
besserem
Gating
und
dadurch
kürzerer
Untersuchungsdauer und validierter Genauigkeit können in Zukunft die hier
Diskussion
43
gewonnen Normalwerte erweitern, um Percentilenkurven anhand eines ausreichend
großen Patientenkollektivs zu erstellen.
Zusammenfassung
44
6. Zusammenfassung
Diese klinische Studie befasst sich mit der Evaluation fetaler Herzvolumina mittels
3D Echokardiographie.
Ziel war es mittels der 3D Volumetrie des fetalen Herzens Normalwerte der
Herzzeitvolumina zu ermitteln, die Praktikabilität der Methode im klinischen Alltag zu
evaluieren und die anhand eines ausreichend großen Normalkollektivs ermittelten
Werte in Relation zu den publizierten Werten zu stellen.
Die Daten in der vorliegenden Arbeit wurden wie 2001 von Meyer-Wittkopf
beschrieben und etabliert echokardiographisch erhoben, indem das herkömmliche
Ultraschallgerät mit der 3D Smart-Scan Workstation von TomTech Imaging Systems
kombiniert wurde. Zunächst wurde mittels CTG oder Doppler die fetale Herzfrequenz
bestimmt, um diese in die Voreinstellung der Software übernehmen zu können.
Damit wurde das Gating gewährleistet.
Mit der free-hand Technik erfolgte eine
fächerförmige Schwenkbewegung des Schallkopfes vom Vierkammerblick bis zu den
großen Gefäßen und damit die Datenaufnahme, welche in der Rechnereinheit
gespeichert wurde. Im Anschluss konnte der 3D Datensatz offline mittels Planimetrie
und Scheibchensummationsmethode vermessen werden. Als Besonderheit wurden
bei der Auswertung alle in die Ventrikel ragenden Strukturen ausgespart, um eine
genauere Aussage über das tatsächliche Ventrikelvolumen machen zu können.
So wurden die Herzvolumina von 131 gesunden Feten als 3D Datensatz gespeichert.
Bei einer Gesamtzahl von 188 untersuchten Feten konnte eine gute Praktikabilität
gezeigt werden, da die offline Auswertung des 3D Datensatzes unproblematisch und
nach kurzer Einarbeitung zuverlässig durchgeführt werden konnte.
Die Datenaufnahme und anschließende Auswertung war mit 20 bis 45 Minuten
zeitintensiv.
Wartezeiten
und
lange
Speichervorgänge
verzögerten
den
Untersuchungsablauf.
Die Methode war aber gut geeignet für die exakte Bestimmung von fetalen
Herzvolumina.
Mit der Größe des Patientenkollektivs lagen nach der Prüfung von B.Greene des
Institutes für Statistik der Philipps-Universität Marburg ausreichend Daten für die
Erstellung von Normwerten vor.
In Bezug auf
die ermittelten Volumina ergab sich ein durchschnittliches
Herzminutenvolumen
von
393,68
ml/min.
Aufgeschlüsselt
in
die
jeweilige
Zusammenfassung
45
Schwangerschaftswoche war hierbei ein deutlicher Anstieg des Volumens mit
zunehmendem
Gestationsalter
festzustellen.
Das
durchschnittliche
Herzminutenvolumen liegt in der 28. Schwangerschaftswoche bei 215,12 ml/min, in
der
32.
bei
315,99
ml/min,
in
der
36.
Schwangerschaftswoche bei 464,14 ml/min und zum errechneten Entbindungstermin
bei 681,77 ml/min. Dieser Anstieg bestätigt bisher beschriebene Tendenzen, wobei
im Rahmen dieser Arbeit zum ersten Mal ein ausreichend großes Normalkollektiv
menschlicher Feten untersucht wurde.
Bezogen auf das gewichtsspezifische Herzminutenvolumen in ml/min/kg geschätztes
fetales Gewicht zeigten sich die Mittelwerte im Verlauf der Schwangerschaft
annähernd konstant mit 252,24 ml/min/kg in der 28. Schwangerschaftswoche, 229,98
ml/min/kg in der 32. Schwangerschaftswoche, 231,79 ml/min/kg in der 36.
Schwangerschaftswoche und 208,91 ml/min/kg in der 39. Schwangerschaftswoche.
Dies steht im Kontrast zu den Ergebnissen von Rudolph und Heymann,1967, wo das
Schlagvolumen pro Kilogramm fetales Gewicht in den frühen Gestationswochen
signifikant höher war. In der 13. Schwangerschaftswoche ergab sich ein
Herzzeitvolumen von 498 ml/min/kg und in der 19. Schwangerschaftswoche von 280
bis 390 ml/min/kg. Die Daten wurden allerdings invasiv mittels markierter
Mirkosphären und anhand von nur 12 Schaffeten gewonnen.
Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Studie gezeigt, dass die bisher
angenommene Dominanz des rechten Ventrikels nicht so ausgeprägt ist. Bei Marys,
De Smedt et al war die Ratio rechter zu linker Ventrikel noch 1,3 in der 15.
Schwangerschaftswoche. Mielke und Benda zeigten 2001 eine durchschnittliche
Ratio von 1,42. In der vorliegenden Arbeit ergab sich ein durchschnittliches
rechtsventrikuläres Volumen von 115,78 ml/min/kg gegenüber dem linken Ventrikel
mit 106,15 ml/min/kg und damit eine Ratio von 1,09. Die Ejektionsfraktion war dabei
in beiden Ventrikeln mit im rechten 66% und im linken 67% annähernd gleich.
In Zukunft könnte die Weiterentwicklung der Technik zum sogenannten 4D weitere
Vorteile bringen. Hierbei wird die fetale Herzfrequenz online in den Datensatz
ergänzt, und man hat die verbesserte Möglichkeit des parallelen Gatings mit weiterer
Verbesserung der Bildqualität. Die SonoVCAD™heart (Sonography-based Volume
Computer Aided Display heart)
Software von General Electronics ist ein
Zusammenfassung
46
vielversprechender Ansatz, die herzspezifischen Volumina automatisch und online
bestimmen zu können.
Die neuen Methoden können die Nachteile des Zeitaufwandes verbessern.
Trotzdem kann die hier verwendete Methode zur Detaildiagnostik bei spezieller
Fragestellung eingesetzt werden. Sie kann sowohl quantitative als auch qualitative
Informationen mit Wichtigkeit in der interdisziplinären Versorgung herzkranker Feten
bieten. Die gespeicherten Daten von Patienten können jederzeit offline re-evaluiert
und für prä- oder postnatale Therapieplanungen herangezogen werden.
Darüber hinaus sind die im Rahmen dieser Studie ermittelten Normwerte hilfreich,
um bei der interdisziplinären Betreuung herzkranker Feten im Vergleich zu gesunden
Feten eine Aussage über die hämodynamische Relevanz einer Fehlbildung machen
zu können.
Ausblick
47
7. Ausblick
Um die beschriebene Methode sowohl in der morphologischen Aussagekraft als
auch der Möglichkeit der quantitativen Analysen zu verbessern, bedarf es einer
weiteren Entwicklung des Gatings, um Qualitätsverluste zu verhindern, sowie online
Triggerung
der
Herzphasen
zu
erreichen.
Hier
kann
die
technische
Weiterentwicklung mit neueren und leistungsfähigeren Rechnereinheiten und
Speicherkapazitäten die Phasen der Datenakquisition und Speicherung verkürzen
und somit die Untersuchungsdauer reduzieren. Ebenso würden schnellere
Rechnereinheiten
die
Zeitverzögerung
von
den
Voreinstellungen
bis
zur
Datenakquisition verkürzen.
Eine grundlegende Lösung der Gating-Problematik wird in einer Veröffentlichung von
Herberg, Goldberg und Breuer 2003 beschrieben. Sie beschäftigten sich mit der
Zuverlässigkeit der Triggerung des fetalen 3D Ultraschalls durch eine parallele CTGAbleitung. Der große Unterschied zu dem in der vorliegenden Arbeit verwendeten
Untersuchungsaufbau ist, dass die CTG-Messung online in das Softwareprogramm
eingeht. Durch Verstärkung und Digitalisierung der Daten, konnten die Informationen
über den fetalen Herzzyklus direkt übertragen werden. „The output signal was then
amplified and transformed into digital information. The resulting digitalized impulse,
comparable to the ECG R-wave, was sent as a gating signal to the computer
workstation via a RS-232-input.” (Herberg, Goldberg, Breuer, 2003)
Eine möglichst exakte Abstimmung der Datenakquisition auf den fetalen Herzzyklus
ist immens wichtig. Wird die Herzfrequenz während der Bildaufnahme automatisch in
die Software übertragen, können die häufig auftretenden Herzzyklusartefakte in
Zukunft vermieden werden. Dies ist die Weiterentwicklung zur 4D Technik.
Neuere Methoden ermöglichen eine 3D Aufnahme ohne Herzfrequenzsteuerung.
Dabei werden Matrix-phased-array-Schallköpfe verwendet, die mittels eines
pyramidenförmigen Ultraschall-Sektors arbeiten. Es werden damit online 20 Volumen
pro Sekunde aufgenommen und damit ein einziger Herzschlag gespeichert.
Tutschek et al hatten dann 2008 die ersten Versuche gemacht, die Vermessung der
Herzvolumina
zu
automatisieren,
indem sie
in
der Arbeit Semi-automatic
segmentation of fetal cardiac cavities: progress towards an automated fetal
Ausblick
48
echocardiogram die STIC Technik mit Algorithmen aus der SonoAVC software
(sonographic automatic volume calculation) aus Untersuchungen der Vermessungen
von stimulierten Ovarien kombinierten. Diese Algorithmen waren demnach nicht
herzspezifisch.
Mit der Sono VCAD
Tm
heart Software wurde ein herzspezifischer Algorithmus mit
der STIC Technik kombiniert und ist somit die logische Weiterentwicklung der neuen
3D Techniken.
Nicht vollständig verbessern können die neueren Systeme wie zum Beispiel Sono
VCAD
Tm
Artefakte.
heart
die durch die thorako-ossäre Schallabschwächung entstandenen
Allerdings
sind
die
gut
auflösenden
neuen
Ultraschallgeräte
vielversprechend auch diese Limitation zu kompensieren. Die Möglichkeit der
vollautomatischen Volumetrie kann zuverlässige und zeitsparende Messungen in den
klinischen Alltag integrieren.
Allerdings sind für die neueren Systeme noch weitere Studien an größeren
Patientenkollektiven notwendig. Darüber hinaus sind die Methoden im klinischen
Alltag noch nicht ausreichend erprobt. Normwerte wurden bisher nur in der hier
vorgelegten Studie ermittelt.
Sollten die neuen 3D Echokardiographie Methoden ausreichend klinisch erprobt sein,
können anhand weiterer Patientenkollektive die Normwerte erweitert und Percentilen
gewonnen werden.
Literaturverzeichnis
49
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Anhang
55
9. Anhang
9.1 Einverständniserklärung
Wissenschaftliche Studie: Erstellung von Normwerten für fetale endsystolische und
enddiastolische Ventrikelvolumina mittels dreidimensionaler Echokardiographie
Name:______________
Straße:_____________
Vorname:____________________
Nr.:____
Wohnort:____________________
Wir führen eine wissenschaftliche Studie in der Klinik für Geburtshilfe und
Perinatologie der Philipps Universität Marburg zur Untersuchung der Herzfunktion
von gesunden Kindern im Mutterleib durch.
Es handelt sich hierbei um eine sogenannte 3-D-Ultraschalluntersuchung zur
Ausmessung der Herzbinnenräume Ihres ungeborenen Kindes. Durch diese
Untersuchungen an gesunden Kindern im Mutterleib wollen wir Normalwerte für die
Herztätigkeit feststellen. Diese Normalwerte sind dann beispielweise hilfreich zur
Beurteilung der Herzleistung erkrankter Kinder im Mutterleib.
Die mich und mein Kind betreffenden Angaben werden streng vertraulich behandelt.
Einzig Personen, die an dieser Studie beteilig und die vom Studienleiter ausdrücklich
benannt worden sind, ist es erlaubt, die Angaben einzusehen, die meine Person
betreffen.
Ich bin damit einverstanden, dass der Studienleiter die aus der Untersuchung
resultierenden Daten untersucht und als medizinische Ergebnisse veröffentlicht.
Klinische Angaben werden hierbei nur in verschlüsselter, anonymisierter Form
verwandt.
Ich kann meine Zustimmung zu dieser Untersuchung ohne Angaben von Gründen
jederzeit zurückziehen, ohne dass mit hieraus irgendwelche Nachteile für meine
weitere Behandlung erwachsen.
Anhang
56
Ich bestätige hiermit, dass ich eine verständliche Aufklärung über diese Studie
erhalten habe und meine diesbezüglichen Fragen beantwortet sind.
Ich bin damit einverstanden, an dieser Studie teilzunehmen.
Marburg, den _______________
Unterschrift Schwangere __________________
Unterschrift Arzt ___________________
Anhang
57
9.2 Lebenslauf
Persönliche Daten
Name:
Anne Lather
geboren am:
21.06.1980
in:
Kassel
Anschrift:
Kraneburg 13
49479 Ibbenbüren-Laggenbeck
Schulischer Werdegang
1986-1990:
Grundschule in Kassel
1990-1996:
Wilhelmsgymnasium in Kassel
1996-1999:
Jacob-Grimm-Schule in Kassel/Abitur
Studium
ab WS 99/2000
Humanmedizin an der Philipps-Universität Marburg
Ärztliche Vorprüfung
04.09.2001
1. Staatsexamen
29.08.2002
2. Staatsexamen
04.04.2005
3. Staatsexamen
16.05.2006
Approbation
30.05.2006
Pflegepraktika
Kinderkrankenhaus Park Schönfeld, Kassel
Mater Misericordiae Hospital, Dublin, Irland
Famulaturen
Innere Medizin, Klinik Norddeich
Chirurgie, The British Hospital, Lissabon, Portugal
Geburtshilfe, Klinikum Marburg
Pädiatrie, Dr. Gray´s Hospital, Elgin, Schottland
Allgemeinmedizin, MS Astor (Schiffsarzt)
2005-2006:
Praktisches Jahr im Klinikum Fulda und dem University
Hospital of North Staffordshire, England mit dem
Wahlfach Pädiatrie
Anhang
58
Beruflicher Werdegang
August 2006 bis Mai 2007 Assistenzärztin in der Medizinischen Klinik I und II im
Klinikum Fulda (Innere Medizin)
Mai 2007 bis Sept. 2009
Assistenzärztin in der Klinik für Kinderheilkunde und
Jugendmedizin im Marienhospital Osnabrück
Okt. 2009 bis heute
Assistenzärztin in der Klinik für Kinderheilkunde und
Jugendmedizin im Ludmillenstift Meppen
Veröffentlichungen
Abstrakt 100 bei der DEGUM Fachtagung 2003
Titel:
Dreidimensionale
Fetalechokardiographie
zur
Bestimmung
der
herzfrequenzabhängigen myokardialen Ventrikelfunktion des Feten
Extracurriculäres Engagement
Tutorin für Neuroanatomie, Studentenvertreterin im Direktorium für Gynäkologie und
Geburtshilfe im Klinikum Marburg, Teddyklinik Marburg
Fortbildungen
Sonographie-Kurs (Prof. C. Görg) an der Universität Marburg, 57. Jahrestagung der
Norddeutschen Gesellschaft für Kinder- und Jugendmedizin, Sonographie Grundkurs
Kinder, Regelmäßige wöchentliche interne Fortbildungen sowie monatliche
Perinatalkonferenzen und kinderärztliche Kolloquien, Kompaktkurs Pädiatrische
Allergologie, Kompaktkurs Pädiatrische Pneumologie
Eigene Vorträge
Nesidioblastose, Sekundärprophylaxe der venösen Thrombembolie,
Pneumonie, Reanimation von Klein- und Schulkindern, Fallpräsentation Myokarditis,
Alkoholintoxikation und Suchtprävention, Vorgehen bei HIV-positiven Müttern und
exponierten Neugeborenen, Ernährung von Früh- und Neugeborenen, Sonographie
Schädel
Anhang
59
9.3 Verzeichnis der akademischen Lehrer
Meine akademischen Lehrer waren die Damen und Herren:
in Marburg:
Albert, Arnold, Aumüller, Barth, Basler, Bauer, Baum, Becker, Behr, Beyer, Berndt,
Bertalanffy, Bien, Czubayko, Daut, Deichert, Dobbelstein, Doss, Duda, Ebel, Eilers,
Engenhart-Cabillic, Christiansen, Folz, Garten, Gemsa, Geus, Görg, Gotzen, Grimm,
Griss, Grundmann, Grzeschik, Gudermann, Hamer, Happle, Hasilik, Heeg,
Heidenreich, Hellinger, Hertel, Herzum, Hesse, Höffken, Hörsch, Hörle, Hofbauer,
Hofmann, Hoyer, Jerrentrup, Jungclas, Kann, Kern, Kim-Berger, Klaus, Klenk,
Klose, Köhler, König, Koolman, Krause, Kretschmer, Krieg, Kroll, Kühnert,
Kuhlmann, Lang, Lange, Lill, Lohoff, Mann, Maisch, Martin, Maier, Mennel, MeyerWittkopf, Miko, Moll, Moosdorf, Mutters, Neubauer, Neumüller, Oertel, Paul, Prinz,
Radsak, Remschmidt, Renz, Restrepo, Richter, Riera, Röhm, Roth-Dobbelstein,
Romminger, Rothmund, Schäfer, Schepelmann, Schmidt, Schnabel, Schneider,
Schrader, Schreiber, Schwarz, Seitz, Seyberth, Sekundo, Slenczka, Stein, Sturm,
Strempel, Suske, Tebbe, Vogelmeier, Voigt, von Knobloch, Westermann, Wagner,
Wahl, Weihe, Werner, v. Wichert, Wilke, Wulf, Zemlin, Zwiorek
in Fulda:
Arps, Berkhoff, Bonzel, Conze, Dietl, Distelrath, Draf, Fassbinder, Greim, Günther,
Heim, Hellinger, Hertel, Höffkes, Jaspersen, Langeheinecke, Manke, Markant,
Meissel, Müller, Plappert, Ranze, Repp, Roth, Rüttger, Schoppet, Schreiner,
Steegmann, Strupp, Wagner, Walther, Weber, Wessinghage, Witzleb, Wörsdörfer,
Ziehe
in Stoke-on-Trent / England:
Chauldry, Deakin, Duffy, Farmer, Forester, Hall, McBride, Nyung, Ramsey,Tamkin
Anhang
60
9.4 Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bei den Menschen bedanken, die mich beim
Erstellen dieser Arbeit sowie in allen Phasen meiner Ausbildung unterstützt haben.
Besonderer Dank gilt:
Professor Dr. med. S. Schmidt für die Bereitstellung des Themas sowie die
Möglichkeit der Durchführung in seiner Klinik. Besonders die letzte Phase wäre ohne
seine Unterstützung sowie die Freude an seiner Arbeit, die er nach außen trägt, nicht
möglich gewesen. Er hat mich stets motiviert.
Dr. med. Stein sowie
allen Mitarbeitern der Klinik für Geburtshilfe und
Perinatalmedizin der Philipps-Universität Marburg für die Betreuung während der
praktischen Arbeit.
Professor Dr. med. M. Meyer-Wittkopf für die Entwicklung und das Etablieren der
Methode und die Bereitstellung der Bilddateien, sowie die aufbauende Motivation
durch seine freundliche und enthusiastische Art.
B. Greene vom Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie der PhilippsUniversität Marburg für die Unterstützung durch die statistische Beratung.
Allen werdenden Müttern, die sich zur Teilnahme bereit erklärten und mir das
Vertrauen geschenkt haben, ihre Kinder zu untersuchen.
Mama und Papa, ohne die ich den Weg dieses Studiums nie hätte gehen können,
und die meine Entscheidungen immer mitgetragen haben.
Meiner lieben Schwester Katja sowie Florian und Hanno für immer wieder geduldiges
Mut Zusprechen und für den orthographischen Schliff.
Meinen Omas und Opas. Danke für die Begleitung und die Rückzugsmöglichkeit in
den Garten.
Allen Freunden, ohne die all das deutlich weniger Spaß gemacht hätte und die immer
noch an die Fertigstellung dieser Arbeit geglaubt haben. Danke auch allen anderen.
Ingo, der mir geholfen hat, diese Arbeit für mich zu beenden und nicht für den Titel.
Der mich auf jede denkbare Weise unterstützt und aus mir jeden Tag einen
glücklichen und zufriedeneren Menschen macht.
Anhang
61
9.5 Ehrenwörtliche Erklärung
Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die dem Fachbereich Medizin Marburg zur
Promotionsprüfung eingereichte Arbeit mit dem Titel
„Fetale Herzvolumina – eine Evaluation mittels 3D Echokardiographie“
in der Klinik für Geburtshilfe und Perinatalmedizin unter Leitung Professor Dr. med.
S. Schmidt und der Betreuung von Dr. med. Werner Stein ohne sonstige Hilfe selbst
durchgeführt und bei der Abfassung der Arbeit keine anderen als die in der
Dissertation angeführten Hilfsmittel benutzt habe.
Ich habe bisher an keinem in- und ausländischen Medizinischen Fachbereich ein
Gesuch um Zulassung zur Promotion eingereicht noch die vorliegende oder eine
andere Arbeit als Dissertation vorgelegt.
Ein Teil der vorliegenden Arbeit wurde als Abstract mit dem Titel „ Dreidimensionale
Fetalechokardiographie zur Bestimmung der herzfrequenzabhängigen myokardialen
Ventrikelfunktion des Feten“ (medgen 17; März 2005, Seite 68) veröffentlicht. Ein
entsprechendes Poster wurde in der Postersitzung präsentiert.
Ibbenbüren, den 07.07.2010
______________________________________
(Unterschrift)

Fetale Herzvolumina – eine Evaluation mittels 3D Echokardiographie

Transcription

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